Семинар по химии "Железо - металл цивилизации". 9-й класс

“В народе без железа, как при обеде без соли”

Тип урока. Урок-семинар (ученикам даются отдельные задания, а также общее задание подготовить презентацию к уроку).

Цели и задачи урока.

1. Образовательная. Познакомить учащихся с историей открытия и применения железа, его значением в промышленности, быту, культуре в настоящее время. Изучить способы и химизм получения железа и его сплавов: чугуна и стали, рассмотреть основные центры черной металлургии.

2. Развивающая: Развить любознательность учащихся, умения находить интересующий материал в различных источниках. Способствовать выработке навыков работы индивидуально и в группах. Развить наблюдательность и умение обобщать информацию, получаемую при работе с раздаточным материалом и мультимедийным средствами. Способствовать выработке у учеников эстетического восприятия, воображения, внимания, мышления. Пробудить интерес и стремление к получению знаний, вызвать мотивацию учения.

3. Воспитательная. Способствовать развитию патриотизма, аккуратности, настойчивости, бережному отношению к предметам труда и природе.

Наглядность. Раздаточный материал: коллекции железных руд, железа, сталей, чугуна, известняков и различных видов топлива, термит, тигель, магниевая лента, мультимедиоучебник, компьютер, мультимедийный проектор.

Ход урока

1. Вводный этап: организационный момент.

2. Основной этап урока.

Учитель приводит слова А. Е. Ферсмана “Железо является главным металлом в жизни человека. Железо не только основа всего мира, самый главный металл окружающей нас природы, он основа культуры и промышленности, он орудие войны и мирного труда. И трудно во всей таблице Менделеева найти другой элемент, который был бы так связан с прошлой, настоящей и будущей судьбами человечества”.

Презентация находится в приложении.

Презентация: слайды 1,2.

Ученик 1. Железо главный металл в жизни человека. Слайды 3-5.

Под призывный звон кольчуги
О железе, как о друге,
Каждый вспомнит и не раз
Сколько сил в нем сокрыто:
Вилки, чайники, корыто,
И ведро, и даже таз!
Инструменты и машины,
Сталь, чугун оно дает
Потому, не без причины
Его очень уважает весь народ!

Общая масса железа в оборудовании, сооружениях, транспортных средствах, предметах домашнего обихода и т.д. составляет сейчас около 6 млрд т.

Ученик 2. История открытия железа. Слайд 6-7.

Слово “железо” произошло oт санскритских слов “джальжа” (металл, руда) или “жель” (блистать, пылать).

Люди впервые овладели железом в четвертом-третьем тысячелетиях до н. э. Они подбирали камни, упавшие с неба - железные метеориты, и превращали их в украшения, орудия труда и охоты, которые сейчас находят у жителей различных территорий: Северной и Южной Америки, Гренландии и Ближнего Востока и т.д, а также при археологических раскопках. Полярная экспедиция Д. Росса в 1818 г. обнаружила, что эскимосы Баффиновой Земли делали железные ножи и наконечники гарпунов из частей крупного метеорита. В Аргентине для изделий использовался метеорит, весивший примерно 15 т. У некоторых древних народов железо именуется “небесным камнем”.

Ученик 3. Древние изделия. Слайды 8, 9.

Самым древним предметом из железа считаются бусы из полых трубочек, найденные при раскопках египетских захоронений конца IV в. до н.э. Бусы выкованы из железа, содержащего 7,5 % никеля, что характерно для железа метеоритного происхождения.

Из чистого железа (содержащего только 0,28 % примесей углерода, серы и фосфора) в Индии в 415 году в честь правителя древнего государства Чандрагупты II была изготовлена колонна. Она имеет высоту 7,3 м, диаметр у основания - 41,6 см, у верха - 29,5 см, ее масса - 6,5 т. Долгое время предполагали, что она была сделана из метеоритного железа. Но отсутствие в ней никеля указывает на то, что индейские металлурги могли получать чистое железо. Они растирали губчатое железо в порошок, просеивали его, нагревали до красного каления и затем молотом делали слиток, т.е. применяли метод порошковой металлургии, возрожденной только в XX в.

Так как железные метеориты встречались редко, лишь знать могла пользоваться изделиями из железа. В некоторых случаях оправой железных изделий служило золото. Железные кольца в далекой древности ценились дороже золотых и серебряных. Железную ось для колесницы могли себе позволить иметь только египетские фараоны. Вплоть до середины XIX в. жители Африки и островитяне экваториального пояса ценили железо дороже всех металлов. Английский мореплаватель XIX в. Джеймс Кук и его спутники говорили, что за железные гвозди туземцы охотно давали десятки свиней.

В России существовала пословица “При рати железо дороже золота. Железом и золото добуду”.

Ученик 4. Дамасская сталь. Слайд 10.

Получение железа из руды было открыто во втором тысячелетии до н. э. Люди постоянно пытались улучшить качество изделий получаемых из него. До сих пор не разгаданы секреты свойств некоторых сплавов, например прочность и твердость дамасской стали.

“Отделкой золотой блистает мой кинжал;
Клинок надежный, без порока;
Булат его хранит таинственный закал –
Наследье бранного Востока”. (М. Ю. Лермонтов, 1838 г.)

Секрет производства горских клинков их был утрачен. Лишь в 1837 г. П.П. Аносов изготовил в Златоусте подобный булатный клинок.

Ученик 5. Железная руда. Слайды 11-15

Слово руда в древнерусском языке означает кровь. Камни, из которых плавили железо, имели красноватый оттенок и при растирании образовывали кроваво-красный порошок. Название минерала гематит происходит от греческого слова “гематикос”, что означает “кровавый”.

За последние 100 лет добыто 30 млрд.т железных руд, половина добычи приходится на последние 20 лет.

Важнейшие минералы железных руд:

Магнетит (магнитный железняк) - Fe₃ O₄; Лимонит( бурый железняк) - Fe₂O_{3 *}H₂O; Гематит (красный железняк) - Fe₂O_3; Пирит - FeS₂; Сидерит - FeCO_3.

Учитель. Говорит, что магнетит, лимонит, гематит нетрудно отличить друг от друга по цвету черты, которые они оставляют на белой фарфоровой пластинке, проводит работу класса с раздаточным материалом.

Ученики. Определяют виды руд. Результаты заносятся в тетрадь.

Ученик 6. Железо и его сплавы. Слайд 16.

Доля железа и его сплавов в настоящее время составляет около 90% от общего количества металлов, используемых в технике. В перспективе намечается дальнейшее увеличение потребления железа, соответственно, растет и добыча железных руд, которая в настоящее время достигает 1 млрд. т. в год. Максимальная их добыча ожидается к 2030 г. Потребности в железе год от года все в большей степени удовлетворяются за счет переплавки металлолома.

“Железный век” будет продолжаться до тех пор, пока не найдут более дешевых сплавов из других металлов, не уступающих по свойствам железу.

Ученик 7. Месторождения железных руд. Слайды 17, 18.

В России разведано более 200 крупных месторождений железных руд: Кольский полуостров, Карелия, Урал, Сибирь, Дальний Восток.

Выплавка железа на Урале начинается во времена Петра I. К середине XVIII в. Демидовы имели свыше 30 заводов (Невьянский, Нижнетагильский). Строгановы построили 13 заводов. Всего за 10 лет с 1753 по 1763 г. появилось 68 заводов

Вот краткая, но емкая характеристика Тагильских рудных месторождений, которую дал Д.Н. Мамин-Сибиряк: “Едва ли найдется другой такой уголок природы на земном шаре, где бы, на сравнительно небольшом пространстве природа столь щедро расточила свои дары, одна гора Высокая содержит 35 миллиардов пудов железной руды. Магнитный железняк горы Высокой содержит 70% железа. Содержимое горы Благодати равняется примерно 5 миллиардам пудов руды. Заводы были высокоразвитыми, их уже тогда можно было назвать комбинатами: кроме чугуна и стали делали проволоку, пушки, боеприпасы, инструменты, посуду, железо шло на экспорт (Англия).

Одно из крупнейших месторождений магнетитовых руд – Сарбайское на юге Урала. Открытие этого месторождения связано с именем летчика М. Сургутанова, который в 1949 г., пролетая на самолете ПО-2 в районе Кустаная, заметил сильное отклонение магнитной стрелки компаса. Разведка выявила здесь крупное месторождение магнетитовых руд.

Общая добыча железной руды в России – около 80 млн т, более половины из них- это руды Курской магнитной аномалии (КМА) в Белгородской и Курской областях, примерно по 15-20% составляют руды Урала и месторождений Европейского Севера (Мурманской области и Карелии), гораздо меньше добыча руд в Горной Шории (юг Кемеровской области), Хакасии и Иркутской области.

Одни геологи говорят: железных руд у нас очень много, их хватит на тысячелетия. Другие утверждают: близок железный голод, нужно ускорить поиски заменителей железа и его сплавов. И правы, казалось бы, последние. Ведь на наших глазах быстро исчезают огромные месторождения. На Урале за сорок лет “растаяла” гора Магнитная с запасами магнетитовых руд более 500 млн т. Стремительно исчезают и горы Благодать и Высокая. Одно за другим отрабатываются крупнейшие месторождения.

Ученик 8. Основные центры черной металлургии. Слайды 21-23

К концу XVIII века Россия вышла на 1 место по производству черных металлов, В России созданы три металлургических базы: Уральская, Центральная и Сибирская.

Урал крупнейший центр черной металлургии: Магнитогорск, Челябинск, Нижний Тагил, Новотроицк, Екатеринбург, Серов, Златоуст и др. Урал производит 86% чугуна. Самая известная марка - “черный соболь

Центральная металлургическая база. Череповец, Липецк, Старый Оскол. Используются руды Курской области и Кольско-Карельского района, большие количества металлолома. Местные коксующиеся угли (Печорский бассейн) не покрывает потребности, угли завозятся из Кузбасса и Донбаса.

Сибирская металлургическая база. В ее составе выделяют два района: Южно-Сибирский и Северно-Сибирский. Южно-Сибирский район развивается на кузнецком угле и месторождениях железной руды Приангарья и Горной Шории.

Учитель. Основные способы получения чугуна и стали. Просмотр видеофильма, содержащего информацию о технологических процессах и химизме производства. Во время просмотра фильма ученики работают с тетрадями, заполняя в них таблицу “Производство чугуна и стали”

Таблица

Производство чугуна и стали

Ученик 9. Бездоменный процесс получения сплавов железа. Слайд 26.

Технология производства сплавов железа, основана на прямом получении металла из руды, характеризующаяся чистотой по содержанию вредных примесей. Первое крупное отечественное предприятие бездоменной металлургии - Оскольский электрометаллургический комбинат (г. Старый Оскол).

Ученик 10. Пути современной металлургии.

Комбинаты металлургической промышленности потребляют большое количество энергии. В связи с этим требуются ее новые источники. Существуют проекты использование водорода, идеи радиационного переплава стали. Применение атомной энергии потребует принципиального изменения всей технологии черной металлургии.

Ученик 11. Экологические проблемы. Слайд 27.

Металлургия - крупный загрязнитель окружающей среды. На ее долю приходится 20% всех промышленных выбросов в атмосферу и сточных вод. Ежегодно металлургические предприятия выбрасывают в атмосферу 10 млн. т вредных веществ, среди которых гигантское количество разнообразных металлов. При этом теряются 6 тыс. т меди и серы, которой хватило бы для изготовления 650 тыс. т серной кислоты.

При открытой добыче руд из хозяйственного оборота изымаются десятки тысяч гектар земли. Ущерб, наносимый металлургическим комплексом природе, оценивается в 500 млрд. рублей в год. Огромные средства расходуются на строительство очистных сооружений и восстановление нарушенных земель. Но этого недостаточно. Металлургические центры составляют 30% всех российских городов с загрязненной атмосферой. В отдельных случаях под влиянием общественности экологически вредные производства приостанавливают. Однако это не решение проблемы. Будущее за новыми технологиями. По словам Д.И.Менделеева “В химии нет отходов, а есть неиспользованное сырье”.

Существуют проекты добычи руды, не нарушая ландшафт, с помощью био- или геотехнологий. Используют рудный раствор с железобактериями, способными накапливать в своем теле добываемый металл.

Усовершенствование существующих и разработка новых технологий является главной заботой химической науки.

Учитель. Металл-труженик долго еще будет служить человечеству.

Демонстрация опыта “Восстановление алюминием железа из оксида”.

Соблюдение техники безопасности.

3. Закрепление материала. Работа класса с таблицей “Свойства некоторых легированных сталей и их применение” (2).

4. Заключительный этап. Домашнего задания.

5. Итог урока. В подготовке и ходе урока практически участвуют все учащиеся. Работа их оценивается. Рефлексия урока. Благодарим за внимание.

Список литературы

1. Ахметов Н.С. Химия. Учебник для 10-11 классов общеобразовательных учреждений. Москва “Просвещение”, 2000. с.217.
2. Габриелян О.С. Химия. 9 класс: учеб. для общеобразовательных учреждений. М.: Дрофа, 2007.
3. Григорьев В.М. Рождение и жизнь руд. Москва. “Недра” 1986.
4. Гузей Л.С. Сорокин В. В, Суровцева Р. П. Химия 9 класс. Учеб. для общеобразоват. Учреждений. М.: Дрофа, 2004.
5. Диск 1С. Образовательная коллекция. Химия общая и неорганическая 10-11 класс. Лаборатория систем мультимедиа, МарГТУ.
6. Корнев И. Н. Географический образ Урала в произведениях Д. Н. Мамина-Сибрика. Журнал “География в школе”, 2003, № 9,10,11.
7. Мезенин Н.А. Занимательно о железе. Москва “Металлургия”. 1977.
8. Энциклопедический словарь юного химика для среднего и старшего школьного возраста. Издательство “Педагогика”. 1990.
9. Энциклопедия для детей "Аванта+^". Химия. Том 17. Издательский центр "Аванта+", 2000.
10. http://www.minprom.gov.ru/activity/metal/appearance/7